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1、毕业论文斜轴式轴向柱塞泵的设计摘要轴向柱塞泵作为应用广泛的一类柱塞泵，它的柱塞轴线与缸体轴线相互平行。因为结构紧凑的原因使它具有较为明显的优点，具有紧凑的结构、较轻的重量、单位功率体积小、较高的工作压力以及较高的容积效率。轴向柱塞泵在机械工业，特别是在液压系统中有着广泛的应用。本次毕业设计是对斜轴式轴向柱塞泵进行的设计，其主要性能参数为额定压力Pn =32MPa，理论排量v=28ml/r，转速n=1450r/min。本文将对斜轴式轴向柱塞泵的发展状况、应用现状、轴向柱塞泵的研究现状以及工作原理进行一定的阐述。根据已知参数对连杆柱塞组、缸体、配流盘、主轴等进行设计计算。着重进行连杆柱塞组、配流盘
2、的受力分析，轴承的选择与校核，平键的强度校核。根据计算得到的相关参数绘制三维零件图以及三维装配图。关键词：柱塞泵 柱塞 缸体 配流盘The Design of Bent Axis Axial Piston PumpAbstractAxial piston pump is widely used as in mechanical industry , its position axis parallel to the cylinder axis. It has many obvious the advantages due to its compact structure, such as li
3、ght weight, small size, power units, high working pressure and high volume efficiency. Axial piston pump has been widely used in the machinery industry, especially in the hydraulic system .The graduation project is to design Cline axial piston pump, the main performance parameters is given, its nomi
4、nal pressure is 32MPa, the theoretical displacement is 28ml / r, speed is 1450r/min. In this paper, there are some exposition about the development status of Bent Axis Piston Pumps, application status, the status of research and how is the axial piston pump works . Based on the given parameters,I wi
5、ll do some calculations on the plunger rod group, cylinder, valve plate, and spindle . Be focused on the check of plunger rod group, valve plate stress analysis, bearing selection and verification, and flat key strength . Draw three-dimensional assembly drawing and parts drawing in accordance calcul
6、ated parameters .Key Words : plunger pump;plunger; cylinder; valve plate目 录1.引言1 1.1研究基础1 1.2斜轴式轴向柱塞泵的特点1 1.3国内外发展现状22.A2F型斜轴式轴向柱塞泵的结构及工作原理3 2.1斜轴式轴向柱塞泵的结构3 2.2斜轴式轴向柱塞泵工作原理33.A2F斜轴式轴向柱塞泵的基本参数5 3.1容积效率5 3.2 机械效率5 3.3 功率与效率64.主要零件的设计计算7 4.1连杆柱塞组的设计7 4.1.1柱塞直径dz7 4.1.2柱塞名义长度8 4.1.3连杆球头直径8 4.1.4连杆设计8 4.
7、2配油盘的设计10 4.2.1过渡区设计10 4.2.2配油盘主要尺寸确定11 4.3缸体的设计12 4.3.1柱塞分布圆半径Rf13 4.3.2缸体内外直径D1,D2的确定13 4.3.3缸体的高度14 4.4球面配流副的设计14 4.4.1缸孔油窗口倾斜角的确定15 4.4.2球面半径R的确定16 4.5主轴的设计计算16 4.5.1主轴最小直径17 4.5.2 R1与R的比例185.运动学分析19 5.1柱塞的位移s19 5.2柱塞的速度v19 5.3柱塞的加速度a196.受力分析20 6.1柱塞上的作用力20 6.2连杆上的作用力21 6.2.1连杆A点所受的力21 6.2.2连杆B点
8、所受的力22 6.3主轴上的转矩23 6.4轴承的选择与校核24 6.4.1寿命计算公式24 6.4.2轴承的平均负荷24 6.5平键的强度校核28 6.6配流盘受力分析28 6.6.1压紧力Py29 6.6.2分离力Pf29 6.6.3力平衡方程307.三维装配图32结语33参考文献34致谢35V1.引言1.1研究基础 现代液压驱动泵的应用范围贯穿整个机械行业。它有着较为丰富的结构和品种，在液压系统中，常见的结构形式有轴向柱塞泵、径向柱塞泵、齿轮泵、叶片泵和螺杆泵。在如今的社会，由于科技发展的局限性，导致许多液压元件的结构发展情况都相对稳定，短时间并无重大的研究创新。而液压泵的结构设计，制造
9、材料，应用性能却仍然继续发展。如今世界工业化国家和相对发达的地区逐渐脱离传统的液压泵的设计方法，进而采用计算机技术进行液压泵的UG三维设计。而UG是西门子公司开发的一款三维工程设计软件，它使得设计人员在产品设计过程中能够进行三维造型设计，并且能够进行一系列的分析与仿真，从而提高设计的可靠性。国内具有代表性的是浙江大学开发的先进的CAD / CAM系统，其设计基础便是UG系统，它采用基于特征的建模技术构建产品模型，这样做的好处是可以使形状特征的表达和过程的描述一致。国内的企业和高校将会将更多的精力投入到运用计算机技术进行UG的开发设计中，将液压泵的开发设计工作从传统的方法中解放出来，提高设计效率
10、以及可靠性。1.2斜轴式轴向柱塞泵的特点斜轴泵与直轴泵因为其结构的某些相似性，常会被拿来作比较，与直轴式轴向柱塞泵相比，斜轴泵有以下一些特点：（1） 斜轴泵在工作过程中存在一定的传动顺序，由主轴带动连杆，连杆带动柱塞，而柱塞带动缸体转动。传动过程中柱塞受到的径向力很小，因此允许缸体轴线与主轴轴线间存在一定的夹角，其夹角可达25，最大可达40，这样的好处是斜轴泵的排量较大。（2） 缸体端面与配流盘采用球面配流，这种配流方式使得泵具有良好的密封性，所以泄漏量小，有效提高容积效率。（3） 斜轴泵的主轴盘上均匀分布的柱塞在液压油液的作用下会对主轴盘有一定的作用力。导致主轴在转动时要同时承受较大的轴向力
11、和径向力，所以需要采用能同时承受轴向力和径向力的轴承。而较大的轴向力和径向力直接导致轴承寿命降低，这也是斜轴泵容易发生损坏的地方。（4） 因为在传动过程中主轴与缸体之间有一定的传动顺序，也就是存在一定的转速差，所以在流量较大时允许柱塞泵的转速低，有效地保护斜轴泵。（5）斜轴泵的总效率比斜盘泵的总效率略大。但斜轴泵因为自身结构的原因导致其体积较大，而变量泵要靠变换缸体轴线与传动轴轴线之间的夹角来变换流量，由于在转动中缸体以及柱塞具有较大的转动惯性，所以流量调节不灵敏。1.3国内外发展现状 中国的斜轴泵的生产开始于20世纪60年代，由于技术的欠缺，那时的品种较为单一，生产力也跟不上需求。为了解决这
12、一问题，国内企业决定引进国外技术作为基础进行生产。20世纪70年代末，北京华德液压泵厂作为先驱最早从国外引进柱塞泵技术。引进的液压泵主要包括A2F 定量泵，A6V 变量泵，A7V 变量泵和A8V 变量双泵。引进国外的先进技术无疑弥补了我国柱塞泵发展的一段空白，而在此基础上国人经过创新研究，同样开发出了具有自主产权的柱塞泵。 我国的柱塞泵经过不断地发展已经能够满足基本的工业需求。但是无论是我国产品的发展还是企业的发展与国外相比较还是有一定的差距。主要表现在： (1) 从性能方面来讲，国外产品在工作中表现出优越的性能优势，并且很快就会有更好的技术进行完善。在参数上便可看出两者的差别，力士乐柱塞泵额
13、定压力为35 MPa，最高压力可达40 MPa，转速大多在2000 r/min以上。而CY系列柱塞泵则达不到这样的标准。 (2) 从市场占有率方面来讲，CY系列的售价更低，所以在对性能要求不高的低端市场应用较广泛，但较低的价格也必然导致利润的低下。国产力士乐的产品由于其优于国产柱塞泵的性能，使其在一些大型设备中有所应用。而国外产品由于其性能的优势，使其在重要的机械设备以及对精度、稳定性要求较高的场合得到广泛的应用。 (3) 从企业数量及规模方面来看，欧美国家的柱塞泵因为起步早，发展时间长，所以生产厂家在数量上要远多于国内的生产厂家，规模更大。并且由于国内柱塞泵发展起步较晚，所以在早期国内的生产
14、厂家有很多引用国外厂家的技术，导致国内厂家发展参差不齐。 (4) 从应用场合方面来讲，就定量泵而言，国外的定量泵产品系列要多于国内；就变量泵而言，国外的变量泵发展更成熟，拥有有更多的变量方式和更大的变量范围。所以，国外产品的适应性更好，应用场合更广。虽然国内柱塞泵在很多方面较国外产品都有差距，但是由于国内柱塞泵的起步较晚，所以有如今的发展已属巨大的进步。如今，国内在柱塞泵的设计研发方面已有了较为成熟的方案与思路，相信国内柱塞泵在不久的将来将会迅速发展，在性能以及可靠性方面都能够比肩国外产品。 2.A2F型斜轴式轴向柱塞泵的结构及工作原理2.1斜轴式轴向柱塞泵的结构斜轴式轴向柱塞泵一般可分为定量
15、式斜轴泵和变量式斜轴泵。而两种斜轴式轴向柱塞泵有着相似的结构，相似之处在于一般都由柱塞、主轴、中心轴、缸体、配油盘等主要零件组成。但是对于变量泵而言，因为要调节流量的大小，所以还需要有变量调节机构。缸体的中心一般都加工有中心轴孔，缸体上均匀分布着多个柱塞孔与通油孔。在柱塞孔中也都装有柱塞，因为柱塞孔的轴线与缸体轴线平行，所以柱塞的中心线与缸体的轴线也是相平行。而之所以称之为斜轴式轴向柱塞泵的原因是其主轴的轴线与缸体的轴线有一定的夹角，夹角一般为20或是25。定量式斜轴泵中最典型的代表是A2F型斜轴泵，其结构如下图2.1所示。图2.1 A2F型斜轴式轴向柱塞泵结构图1-主轴 2-键 3-轴用卡环 4-轴套 5-挡圈 6-碟簧 7-深沟球轴承 8-隔圈 9-角接触球轴承 10-中心铰轴 11-回程盘 12-半环 13-轴端顶环 14-碟簧 15-缸体 16-配油盘 17-销 18-O型密封圈 19-连杆 20-柱塞 21-O型密封圈 22-孔用卡环 23-前端盖 24-油封2.2斜轴式轴向柱塞泵工作原理上图所示为
